補償光学面分光によるブラックホールが銀河形成史に果たした役割の解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05389
• 研究機関: 尾道市立大学
• 研究代表者: 川口 俊宏 尾道市立大学, 経済情報学部, 准教授 (60433695)
• 研究分担者: 菅井 肇 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任准教授 (50291422) ; 尾崎 忍夫 国立天文台, TMTプロジェクト, 特任研究員 (60532710)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ブラックホール / 銀河 / 共進化 / ガス噴出 / 輝線 / スペクトル / 面分光 / 可視光観測

研究実績の概要

Very Large Telescope(ヨーロッパ南天文台)の新型面分光装置MUSE Narrow-Field-Modeを用いて、2019年9月に観測データを得た。既に得ていたすばる望遠鏡のデータも活用・比較しながら、Fe II遷移群などの合計約100本の遷移について同定を行った。
Very Large Telescopeデータの分析から、中心ブラックホールから0.5秒角離れた位置に、[N II]輝線と[S II]輝線が強い領域が存在することを発見した。過去のスリット分光データを報告している文献(2004年)では他の細い輝線と共に、[N II]と[S II]両輝線は同じ速度成分として解析され発表されていたが、補償光学を利用して空間分解した面分光を行うことで、輝線によって放射領域が異なり、データの解釈等を慎重に再吟味する必要があることがわかった。
補償光学機能が有効に働いた結果、Point Spread Function(PSF)の波長依存性が特にVery Large Telescopeのデータで想定以上に大きい事がわかった。すばる望遠鏡のデータにも、同様の傾向が観えることもわかった。この波長依存性は、中心から離れた位置のスペクトルから中心光をスケールして差引く解析手法や、多ピクセルを空間binして異なる位置のスペクトルを比較する際に、誤った期線比を得るなどの誤分析を避ける為に慎重な取り扱いが必要な事を意味する。
また、準解析的銀河形成モデルを用いて巨大ブラックホール形成史に関する理論予測を得、欧文査読誌に発表した。高赤方偏移ほど、また軽い巨大ブラックホールほど、大降着率(Super-Eddington)の天体の割合が大きい事がわかった。これは、宇宙の巨大ブラックホール形成が、時とともに序々に遅くなってきたことを意味している。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでに得た研究成果は、欧文査読誌で発表した他、投稿し現在審査中であるものも数編ある。また、学会年会や研究会において招待講演6件(内1件は国際研究会)、一般講演13件(内3件は国際研究会)、談話会3件で発表しており、十分な成果を挙げていると考えている。

今後の研究の推進方策

すばる望遠鏡とVery Large Telescopeで得た全観測データの解析と論文発表を進める。
特に、Very Large Telescopeデータの解析をさらに進め、各位置でのスペクトルフィットを銀河回転とガス噴出に成分分離して行うことで、銀河中心部のガス動力学を得る。視野内のガス噴出領域のサイズとガス噴出速度の計測から、ブラックホール噴出流が銀河での星形成(銀河進化)へどれだけ影響を与えうるのか定量的に明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

2020年3月に予定していた出張が、新型コロナウィルス(covid19)流行を受けて開催中止となったため、2020年度の出張等の研究活動へ延期して使用することになったため。

研究成果

• [国際共同研究] Leibniz Institute for Astrophysics(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Leibniz Institute for Astrophysics
• [国際共同研究] SISSA/INAF - OAS(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: SISSA/INAF - OAS
• [雑誌論文] Subaru FOCAS IFU observations of two z~0.12 strong-lensing elliptical galaxies from SDSS MaNGA (2020)
  • 著者名/発表者名: Smith, R. J., Collier, P. C., Ozaki, S., and Lucey, J., R.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 493 ページ: L33
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slaa003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Application of Clumpy Torus Model to Broadband X-ray Spectra of Two Seyfert 1 Galaxies: IC 4329A and NGC 7469 (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ogawa, Y. Ueda, S. Yamada, A. Tanimoto, and T. Kawaguchi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 875 ページ: 115
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0e08
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of Extreme Ionized-gas Outflow in an AKARI-selected Ultra-luminous Infrared Galaxy at z=0.5 (2019)
  • 著者名/発表者名: X. Chen, M. Akiyama, H. Noda, A.’Uf, Y. Toba, I. Yamamura, T. Kawaguchi, M. Kokubo and K. Ichikawa
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 ページ: 29
  • DOI: 10.1093/pasj/psz002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optical properties of infrared-bright dust-obscured galaxies viewed with Subaru Hyper Suprime-Cam (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Noboriguchi, T. Nagao, Y. Toba, M. Niida, M. Kajisawa, M. Onoue, Y. Matsuoka, T. Yamashita, Y.-Y. Chang, T. Kawaguchi, K. Nobuhara, Y. Terashima, Y. Ueda
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 876 ページ: 132
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab1754
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] XCLUMPY: X-Ray Spectral Model from Clumpy Torus and Its Application to Circinus Galaxy (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Tanimoto, Y. Ueda, H. Odaka, T. Kawaguchi, Y. Fukazawa and T. Kawamuro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 877 ページ: 95
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab1b20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). II. Physical Properties derived from the SED Fitting with Optical, Infrared, and Radio Data (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Toba, T. Yamashita, T. Nagao, W.-H. Wang, Y. Ueda,K. Ichikawa, T. Kawaguchi, 他10名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement 巻: 243 ページ: 15
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ab238d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Slowing down of cosmic growth of supermassive black holes: Theoretical prediction of the Eddington ratio distribution (2019)
  • 著者名/発表者名: Hikari Shirakata,Toshihiro Kawaguchi,Taira Oogi, Takashi Okamoto,and Masahiro Nagashima
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 487 ページ: 409-419
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1282
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). VI. Black Hole Mass Measurements of Six Quasars at 6.1 < z < 6.7 (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Onoue, N. Kashikawa, Y. Matsuoka, N. Kato, T. Izumi, T. Nagao, M.A. Strauss, Y. Harikane, M. Imanishi, K. Ito, K. Iwasawa, T. Kawaguchi, C.-H. Lee, A. Noboriguchi, H. Suh, M. Tanaka, and Y. Toba
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 880 ページ: 77
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab29e9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SILVERRUSH. VIII. Spectroscopic Identications of Early Large Scale Structures with Protoclusters Over 200 Mpc at z ~ 6 -- 7: Strong Associations of Dusty Star-Forming Galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Harikane, M. Ouchi, Y. Ono, S. Fujimoto, D. Donevski, T. Shibuya, A.L. Faisst, T. Goto, B. Hatsukade, N. Kashikaw, K. Kohno, T. Hashimoto, R. Higuchi, A.K. Inoue, Y.-T. Lin, C.L. Martin, R. Overzier, I. Smail, J. Toshikawa, H. Umehata, Y. Ao, S. Chapman, D.L. Clements, M. Im, Y. Jing, T. Kawaguchi, 他9名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 ページ: 142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2cd5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). X. Discovery of 35 Quasars and Luminous Galaxies at 5.7 =< z =< 7.0 (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuoka, K. Iwasawa, M. Onoue, N. Kashikawa, M.A. Strauss, C.-H. Lee, M. Imanishi, T. Nagao, M. Akiyama, N. Asami, J. Bosch, H. Furusawa, T. Goto, J.E. Gunn, Y. Harikane, H. Ikeda, T. Izumi, T. Kawaguchi, 他29名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 ページ: 183
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3c60
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] eFEDS view of WISE 22um-selected galaxies/AGNs collaborated with Subaru Hyper Suprime-Cam (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Toba, Mara Salvato, Marcella Brusa, Masayuki Akiyama, Andy Goulding, Kohei Ichikawa, Toshihiro Kawaguchi, Kotaro Kohno, Andrea Merloni, Tohru Nagao, Hyewon Suh, Yuichi Terashima, Yoshihiro Ueda, Tanya Urrutia, and eFEDS collaboration
  • 学会等名: Mapping the X-ray Sky with SRG: First Results from eROSITA and ART-XC
  • 国際学会
• [学会発表] サブ秒角からマイクロ秒角の角度分解能のＸ線撮像を目指すMIXIM：近傍活動銀河核の観測に向けて (2020)
  • 著者名/発表者名: 林田清, 朝倉一統, 野田博文, 米山友景, 岡崎貴樹, 中田諒, 松本浩典, 粟木久光, 寺島雄一, 川口俊宏
  • 学会等名: 天文学会春期年会
• [学会発表] MUSE/Narrow-Field-Mode を用いたI Zw 1 の高速ガス噴出領域の大きさへの制限 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川口俊宏, 尾崎忍夫, Tanya Urrutia, 稲見華恵, Anna Felte, 青木賢太郎
  • 学会等名: 天文学会春期年会
• [学会発表] TMT可視広視野多天体分光装置WFOS用面分光ユニットの概念検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾崎忍夫, 都築俊宏, 浦口史寛, 清水莉沙, 大渕喜之, 宮崎聡
  • 学会等名: 天文学会春期年会
• [学会発表] Exploring the AGN clustering using a semi-analytic model of galaxy formation (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Oogi, H. Shirakata, M. Nagashima, T. Kawaguchi, T. Okamoto, T. Ishiyama
  • 学会等名: 6th Galaxy Evolution Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] AGNクラスタリングで探る X-ray AGN の発現機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大木平, 白方光, 長島雅裕, 川口俊宏, 岡本崇, 石山智明
  • 学会等名: 天文学会秋期年会
• [学会発表] "Slowing Down" of the Cosmic Growth of Supermassive Black Holes (2019)
  • 著者名/発表者名: 白方光, 川口俊宏, 岡本崇, 大木平, 長島雅裕
  • 学会等名: 天文学会秋期年会
• [学会発表] FOCAS IFU による銀河スケールのアウトフローを示すAGN/ULIRG Mrk273の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 尾崎忍夫, 服部尭, 青木賢太郎, 川口俊宏
  • 学会等名: 天文学会秋期年会
• [学会発表] 広帯域X線スペクトルで探るセイファート1型銀河のトーラス特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川翔司, 上田佳宏, 山田智史, 谷本敦, 川口俊宏
  • 学会等名: 天文学会秋期年会
• [学会発表] Slowing Down of Cosmic Growth of Supermassive Black Holes (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口俊宏
  • 学会等名: 理論天文学 ミニワークショップ 2019
• [学会発表] テラヘルツ帯で観る活動銀河核とその母銀河 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口俊宏
  • 学会等名: 「テラヘルツ波が拓く新しい宇宙像」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] WFOS IFU (2019)
  • 著者名/発表者名: 尾崎忍夫
  • 学会等名: 第2回面分光研究会
• [学会発表] 共同利用を開始したFOCAS IFU (2019)
  • 著者名/発表者名: 尾崎忍夫
  • 学会等名: 第2回面分光研究会
• [備考] サマースクール「コンパクト天体基礎講座」 開催(代表)
  • URL: http://maxim.phys.cst.nihon-u.ac.jp/compact2019/
• [備考] 研究会「新面分光装置で花開く新しいサイエンス」開催
  • URL: http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/ifu/ifu_meeting_2019.html